293018451

Doktoranckie Seminarium Rozliczeniowe Wydziału Mechaniczno-Energetycznego, 3-5 Lutego 2014, Szklarska Poręba-Wroclaw

BADANIE PROCESU WYSOKOTEMPERATUROWEJ AKUMULACJI ENERGII CIEPLNEJ ZE SŁOŃCA

STUDY OF HIGH TEMPERATURĘ HEAT ACCUMULATION FROM THE SUN

Magdalena Nemś Zakład Chłodnictwa i Pomp Ciepła Promotor: dr hab. inż. Jacek Kasperski, prof. PWr

Streszczenie

Realizowana praca doktorska ma na celu weryfikację eksperymentalną koncepcji systemu ogrzewania dla domu rodzinnego, opierającego się na współpracy skupiającego kolektora słonecznego z kamiennym złożem akumulacyjnym. Zagadnieniem szczegółowym, którym doktorantka zajmowała się w minionym okresie rozliczeniowym były analizy teoretyczne i badania ekspery mentalne poświęcone wysokotemperaturowej akumulacji energii cieplnej.

Pierwszym etapem prac była selekcja potencjalnych materiałów wypełnienia złoża. Rozważano zarówno dostępność, aspekt ekonomiczny jak i energetyczny. Głównym parametrem cieplnym, który' był wzięty pod uwagę podczas analiz była pojemność cieplna analizowanych materiałów'. W kolejnym kroku przeprow adzono obliczenia, zmierzające do oszacow ania czasu pełnego naładowania złoża wypełnionego danym materiałem (1):

(1)

^Vc'^wsPwyp'P'^CP'(¹h - 'l) 'bezp^ap

gdzie:

t - czas ładow ania złoża, godz.

th - maksymalna temperatura powietrza, °C

ti - temperatura na wlocie do złoża, °C

p - gęstość danego materiału wypełnienia, kg/m³

c_p - ciepło właściwe danego elementu wypełnienia, J/kg- K

wspwyp - współczynnik wypełnienia złoża, m³/m³

A_ap - powierzchnia apertury kolektora słonecznego, W

Ibezp - gęstość promieniowania słonecznego, W/m²

V_c - objętość złoża, m³.

Analizowano również wpływ współczynnika wypełnienia złoża na proces ładowania. Obliczenia wykazały, że czas ładowania złoża do temperatury' 200°C o współczynniku wypełnienia 0.7, wypełnionego cegłą zwykłą wyniesie 29 godzin, cegłą klinkierową 32 godzin, granitem 37 godzin, natomiast otoczakami 38 godzin (rys. 1). Ze względu na cenę i dostępność do dalszych badań wybrano granit. Potrzeba weryfikacji eksperymentalnej wynika z niemożliwości przeprowadzenia obliczeń teoretycznych, które w pełni oddawałyby charakter procesu ładowania. Obliczenia zakładają równomierne nagrzewanie wszystkich elementów' wypełnienia złoża. Jednak można się spodziewać, że dopływające do akumulatora gorące powietrze nie będzie w sposób równomierny nagrzewać całej przestrzeni złoża. Ponadto, ze względu na swoiste kształty materiału wypełnienia proces przew odzenia nie zniweluje powstałego gradientu temperatur co powinno wpłynąć na wydłużenie czasu akumulacji, który w w arunkach rzeczywistych jest ograniczony czasem nasłonecznienia.

13